Megger 3 factor de potencia pruebas para transformadores

Pruebas de Factor de
NUEVAS TECNOLOGÍAS DE EVALUACIÓN DE LA
CONDICIÓN DE TRANSFORMADORES DE POTENCIA
Pruebas de Factor de
Potencia / Disipación
Buenos Aires
Argentina
3 de Octubre - 2012
1

Contenido:
➽ Fundamentos sobre el Factor de Potencia / Disipación
➽ Objetivos
➽ Metodología
➽ Ensayos en Transformadores
➽ Métodos de pruebas
➽ Corrección de temperatura
Pruebas de Factor de Potencia / Disipación
➽ Corrección de temperatura
➽ Interpretación de los resultados
➽ Pruebas de Tip-UP
➽ Ensayos en Bushings
➽ Ensayos en el Aceite
➽ Referencias Recomendadas
2
Seminario Buenos Aires - Octrubre 2012
(Source: Waukesha)

➽ Introducción
Todo sistema de aislamiento sin importar su condición tiene una cantidad
medible de pérdidas dieléctricas.
El envejecimiento del material aislante es causa un incremento en las
pérdidas del dieléctrico.
3

➽ Objetivo
Es una técnica de prueba eléctrica que aplica una tensión alterna para
medir la corriente de fuga/pérdida en el aislamiento eléctrico.
El objeto de este ensayo es el de medir los valores de capacitancia y de
tgδ (factor de disipación o factor de potencia) de las diferentes
combinaciones del sistema de aislamiento del transformador y del
aislamiento de los bushings.
➽ Defectos detectables
4
Puede determinarse si el aislamiento ha experimentado cambios físicos
en su estructura al cabo de solicitaciones electromecánicas.
El factor de disipación también es sensible a cambios en la estructura
del aislamiento ocasionados por contaminación, humedad o
envejecimiento.
En cualquiera de los casos, el factor de disipación da una idea de las
pérdidas dieléctricas del aislamiento.

➽ Fundamentos
En un “sistema de aislamiento ideal” conectado a
una fuente de tensión alterna, la corriente es
100% capacitiva y adelanta a la tensión en 90
grados exactamente.
IcIc
5
= =
Capacitanci
a =
Us
IcIc

➽ Fundamentos
No existe ningún aislamiento ideal. Una pequeña
cantidad de corriente fluye a través del material
aislante y se denomina corriente de fuga.
La corriente de fuga se compone de dos elementos.
a. Corriente Resistiva
b. Corriente Capacitiva
6
En condiciones reales de aislamiento, adicionalmente a la corriente
capacitiva, aparece una corriente resistiva (pérdidas) en fase con la
tensión.
El valor de la capacitancia de un capacitor depende de las características
del material dieléctrico y de su geometría. Si las características del
material dieléctrico o la configuración del capacitor cambia,
indefectiblemente cambiará el valor de la capacitancia.

➽ Fundamentos
La relación entre la componente resistiva y la componente capacitiva es la
denominada tgδ o factor de disipación.
La relación entre la corriente resistiva y la corriente total que circula por el
dieléctrico se denomina factor de potencia.
φ (fi)
δ = 90-φ
7
φ (fi)

➽ ¿Factor de disipación o Factor de Potencia?
1
1.2
1.4
1.6
1.8
2
cia/FactordeDisipación
Factor de Potencia
Factor de Disipación
tg (δ) =tg (90-φ)
cos (φ)
8
0 10 20 30 40 50 60 70 80 90
0
0.2
0.4
0.6
0.8
1
FactordePotenc
Ángulo fi [º]
φ

➽ ¿Factor de Disipación o Factor de Potencia?
tg (δ) =tg (90-φ)
cos (φ)
Factor de
Disipación
Factor de
Potencia
9
Disipación Potencia

➽ Metodología del ensayo
Se aplica típicamente 10kV AC. No se debe exceder el valor la tensión
nominal del espécimen bajo prueba.
Medición
a. Corriente de pérdida (mA)
b. Pérdidas de Potencia (W)
c. Capacitancia (pF)
10

Equipos de prueba de FP / FD – Utilización en Evaluación de Aparatos
Eléctricos:
a. Transformadores
b. Interruptores Automáticos
c. Maquinaria Rotantes
d. Líquidos Aislantes
11
e. Bujes de alta tensión
f. Otros

➽ Metodología del ensayo - Aplicaciones
Sistemas de Aislamiento Papel/Aceite
Factor de Potencia no es dependiente con la tensión (Teóricamente).
12
Aislamiento tipo Seco
Factor de Potencia es dependiente con la tensión.

Modos de Prueba en Transformadores:
a. Ungrounded Specimen Test (UST)
b. Grounded Specimen Test (GST)
c. Grounded Specimen Test with Guard Connection (GST-G)
d. Corriente de Excitación
e. Prueba Tip-up
13

Pruebas de FP en
Transformadores
14
Transformadores
DELTA4310
12 kV Insulation Diagnostic System

➽ Generalidades
Circuito Eléctrico – Integridad de Conductor / Devanado
• Relación de Transformación y Polaridad (TTR)
• Resistencia DC de Devanados
Circuito Eléctrico – Integridad del Núcleo Magnético
• Prueba de Circuito Abierto sin carga (Corriente de Excitación)
• Prueba de Cortocircuito (Pérdidas de Carga o Reactancia de Dispersión)
Integridad del Aislamiento Eléctrico
✔✔✔✔
✔✔✔✔
✔✔✔✔
✔✔✔✔
15
Integridad del Aislamiento Eléctrico
• DC – Resistencia de Aislamiento
• AC – Factor de Potencia / Factor de Disipación (Tangente Delta)
• Pruebas de aislamiento del Aceite
• Humedad en la celulosa (DFR)
Integridad Mecánica
• SFRA
✔✔✔✔

➽ Transformador - Circuito Dieléctrico
El aislamiento dieléctrico es representado por un modelo de tipo
capacitivo, es decir:
• Consiste de 2 electrodos conductivos, separados a una cierta distancia.
• Con un tipo específico de material entre los electrodos.
16

➽ Transformador - Circuito Capacitivo del aislamiento
= =
17
Circuito capacitivo equivalente del aislamiento
Transformador de Potencia sin devanado Terciario
(Fuente: National Grid )
= =

➽ Metodología del ensayo: Transformadores
Para un diagnóstico integral del aislamiento es recomendable medir las
capacitancias y tgδ asociadas para cada una de los aislamientos
intervinientes:
a. Arrollamientos Primarios y Secundarios
b. Arrollamientos Primarios y Terciarios
c. Arrollamientos Secundario y Terciarios
d. Arrollamientos y cuba
18

➽ Metodología del ensayo: Modos de Prueba
Ungrounded Specimen Test (UST)
Esta prueba se realiza cuando ambos terminales del espécimen de
prueba están aislados con respecto a tierra.
Esta prueba se realiza para mediciones separadas en sistemas complejos
de aislamiento.
19

Grounded Specimen Test (GST)
Esta es la conexión de prueba mas frecuentemente utilizada e involucra
todo el aislamiento entre el conductor de alta tensión y el sistema de
puesta a tierra.
20

Grounded Specimen Test with Guard (GST-g)
Esta prueba se utiliza para separar los valores totales de la prueba GST
en partes separadas para un mejor análisis.
21

Resumen:
GST with GuardGSTUST
22
Guard

Resumen:
Ungrounded Specimen Test
Grounded Specimen Test
× × √
× √ ×
× √ √
Ground Red Blue
Ground Red Blue
Medición
23
Grounded Specimen Test
Grounded Specimen Test with Guard
Ground Red Blue
√ × ×
√ × √
√ √ ×
Ground Red Blue
√ √ √

➽ Metodología del ensayo: Transformadores de dos arrollamientos
24

➽ Metodología del ensayo: Transformadores de dos arrollamientos
25

➽ Resultados
26

➽ Dependencia de la temperatura
Las características del factor de disipación un dieléctrico son
dependientes de la temperatura.
Es fundamental registrar los valores de temperatura (¿Cuál
temperatura?), para poder referirlos a una temperatura de referencia
(normalmente 20ºC) y poder de comparar las desviaciones.
¿Como corregir los valores de factor de disipación con la temperatura?
27

➽ Corrección de temperatura: Criterio IEEE Std C57.12.90-2006
28
tgδ (20 ºC) = tgδ (xºC) / K
¿Cuál es la temperatura del sistema aislante al momento de las pruebas?

29

➽ Curvas Típicas de Corrección de Temperatura
2,00
2,50
3,00
3,50
Typical temp correction, Power
Transformers (IEEE C57.12.90)
30
0,00
0,50
1,00
1,50
0 10 20 30 40 50 60 70 80
Transformers (IEEE C57.12.90)
Typical temp correction, Bushings

IEEE C57.12.90 sección 10.10.4 Nota 3 (b) indica “La experiencia ha
mostrado que la variación de factor de potencia por la temperatura es
sustancial y errático de tal manera que ninguna de las curvas se ajusta
para todos los casos”:
“Experience has shown that the variation in power factor with
temperature is substantial and erratic so that no single correction
curve will fit all cases.” “Aplicación de Corrección por temperatura para pruebas FP en
transformadores y Bujes – Caso de Estudio”
Power Grid Corporation of India Limited
31
Power Grid Corporation of India Limited

➽ Factor de Disipación en diferentes bushings
32

➽ Corrección de Temperatura en Pruebas FP
Las propiedades del sistema de aislamiento varían con la temperatura.
¿Sería posible conocer “las características” de ese sistema de aislamiento
a diferentes temperaturas e identificar cada estado de alguna manera
(huella, curva, etc)?
Prueba de barrido en frecuencia de la tgδ
33

Diferentes mediciones de tgδ con el transformador a diferentes estado:
temperatura y contaminación/envejecimiento.
tgδ = 0,8 (20ºC) tgδ = 1,0 (20ºC) tgδ = 1,2 (20ºC)
34
Fuente: Siemens

tgδ = 0,8
(20 ºC)
20 ºC
35
30 ºC 40 ºC
50 ºC

50 ºC
tgδ = 1 (20 ºC)
20 ºC
36
30 ºC
40 ºC

50 ºC
tgδ = 1,2 (20 ºC)20 ºC
37
30 ºC
40 ºC

38

39

40
40 ºC

40 ºC
41
NO NO
SI

➽ Dependencia Térmica Real del Aislamiento con
“Individual Temperature Correction, (ITC)”
La corrección de temperatura en los equipos tradicionales
se realiza mediante la utilización de tablas estadísticas y
curvas de corrección dadas para diferentes tipos de
materiales aislantes. Los valores medidos se referencian a
condiciones de (20°C/68°F).
En realidad no hay equipo que corresponda
exactamente al valor de tabla
42
exactamente al valor de tabla y por ejemplo
transformadores nuevos y viejos difieren sobremanera con
respecto a las tablas propuestas por IEC, IEEE y otros.
Con ITC Delta 4000 estima la dependencia Térmica real
del objeto de prueba al medir FD sobre un rango de
frecuencia determinado y luego matemáticamente
calculada la corrección de temperatura a 20° C., esto
resulta en mediciones mas precisas y una mejor
evaluación de la condición del material aislante.

a) Incrementos en el factor de potencia pueden deberse a:
Contaminación en el sistema de aislamiento
Deterioro Químico
Daños por sobrecalentamiento
Presencia de humedad
43
b) Si el sistema de aislamiento es dependiente de la tensión aplicada, la
prueba tip-up puede identificar ionización, carbonización en el
aceite, contaminación en el papel o aceite.
c) Variaciones en capacitancia indican:
Deformaciones mecánicas en las estructuras de núcleo/bobinas
Humedad

Factor de disipación [%] Estado
0.5 Bueno
0.5 - 0.7 Deterioro normal
0.7 - 1 Requiere investigación
> 1 Deterioro excesivo
44
Para analizar las tendencias de los valores de la capacitancia, se
compraran las sucesivas mediciones respecto a los valores de
referencia, cuyas desviaciones no debieran ser superiores al 10%.

➽ Interpretación de los resultados: sucesivas mediciones
Factor de potencia
[%]
Estado
0.5 Bueno
0.5 - 0.7 Deterioro normal
0.7 - 1 Requiere
45
0.7 - 1 Requiere
investigación

➽ Prueba “Tip - Up”: Dependencia de la Tensión
Típicamente se realiza esta prueba en máquinas eléctricas rotativas
donde el Factor de Potencia se mide como una función de la tensión de
prueba. ¿por qué razón?
Norma de aplicación: IEEE Std 286™-2000 (R2006)
46
(Fuente: Ramakrishna Electrical Winding Works)

La prueba de Factor de Potencia se realiza normalmente a 10 kV o los
resultados obtenidos se corrigen a 10 kV equivalente.
Con la tecnología de medición disponible hoy en día, la prueba se puede
realizar a cualquier tensión en el rango de 27 V a 12 kV.
Todo depende del tipo de espécimen y las condiciones de prueba.
47
➽ Prueba “Tip - Up”: Ventajas
Inmunización contra interferencia electrostática presente en
subestaciones.
La señal en AT provee una mejor relación señal/ruido (SNR).
La señal de prueba en AT provee resultados mas precisos y exactos.

La prueba Tip-up de FP se usa como control de calidad en devanados
recientemente fabricados.
El análisis se realiza en una base estadística.
Generalmente la relación PF vs. Tensión se grafica y la gradiente es
calculada entre los valores de voltaje seleccionados.
Los valores permisibles se definen dependiendo del diseño del devanado
y otros muchos factores.
48
y otros muchos factores.
Variaciones en la prueba tip-up son indicativas de variación en las
condiciones del aislamiento de los devanados, estrés en los terminales de
los devanados o en las estructuras de soporte.

Tres valores a considerarse:
1) El valor inicial de FP al primer valor de tensión de prueba; ej., a 0.2
Un (20%).
2) El valor de gradiente de FP entre dos tensiones de prueba diferentes;
ej., entre 0.8 Un (80%) y 0.2 Un (20%).
3) El valor de gradiente de FP entre cada valor de tensión sucesivo de
prueba; ej., entre 0.2 Un (20%) y 0.1 Un (10%), 0.3 Un (30%) y 0.2
49
prueba; ej., entre 0.2 Un (20%) y 0.1 Un (10%), 0.3 Un (30%) y 0.2
Un (20%), etc.

El gradiente de Factor de Potencia es sensible a:
1) Inclusiones gaseosas en el aislamiento.
2) Daños por descargas parciales en el aislamiento.
3) La continuidad de la superficie semiconductora.
4) La calidad del proceso de impregnación en sistemas tipo resina.
5) De-laminación como resultado del estrés térmico.
50
5) De-laminación como resultado del estrés térmico.

La prueba Tip-up ayuda a determinar la presencia de inclusiones
gaseosas en el sistema de aislamiento tipo seco.
51

Capacitancia y tgδ: Resumen
➽ Se miden diferentes combinaciones del aislamiento
(arrollamientos y bushings); el uso de guardas es
fundamental.
➽ La prueba TIP-UP es muy útil para determinar contaminación
del sistema aislante.
➽ Para un correcto análisis del factor de disipación deben
realizarse correcciones por temperatura.
si no
✔✔✔✔
✔✔✔✔
✔✔✔✔
52
realizarse correcciones por temperatura. ✔✔✔✔
DELTA 4000/4300

Capacitancia y tgδ de Bushings
53

➽ Metodología del ensayo: Capacitancia y tgδ de los bushings (I)
➽ Objetivo
El objeto de este ensayo es el de medir los valores de capacitancia y de tgδ
(factor de disipación) del bushing (C1 y C2).
Puede determinarse si el aislamiento ha experimentado cambios físicos al
cabo de solicitaciones electromecánicas.
54
Puede determinarse envejecimiento del sistema de aislamiento del
bushing.
Es posible detectar contaminación y grietas en la estructura de la
porcelana.

➽ Metodología del ensayo: Capacitancia y tgδ de los bushings (II)
➽ Fundamentos
Estructura interna de los bushings:
55

➽ Metodología del ensayo: Capacitancia y tgδ de los bushings (III)
➽ Metodología de medición
En los casos en que el bushing no cuente con TAP pude emplearse el
método del “collar caliente”.
Este método consiste en colocar una banda polimérica sobre la superficie
del bushing; de forma de conformar un electrodo para la aplicación de
tensión.
56

➽ Metodología del ensayo: Capacitancia y tgδ de los bushings (IV)
➽ Metodología de medición
¿Corrección por temperatura?
57

➽ Metodología del ensayo: Capacitancia y tgδ de los bushings (V)
Para bushings de alta tensión, los valores de tgδ debieran mantenerse por
debajo al 1% en cualquier condición.
Discrepancias superiores al 10% de los valores de capacidad, pueden ser
indicativos de cambios importantes en la estructura del aislamiento del
bushing.
58

Capacitancia y tgδ del aceite
59
Power Factor Oil Cell Megger

Capacitancia y tgδ del aceite (I)
➽ Objetivo
El objetivo de este ensayo es determinar la tgδ del
aceite.
El factor de disipación es una medida de la potencia
de pérdida cuando un líquido aislante eléctrico es
sometido a un campo eléctrico de corriente alterna.
60
Presencia de humedad
Presencia de elementos contaminantes

Capacitancia y tgδ del aceite (II)
Valores sugeridos para aceites en servicio por IEEE C57.106.2006 (ASTM
924).
61

Referencias
Recomendadas
62
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65

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